Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado una técnica que les permite producir corrientes de metal líquido a temperatura ambiente. Aplicando un voltaje bajo al metal líquido, los investigadores pudieron ajustar su tensión superficial en al menos tres órdenes de magnitud.

"Los líquidos quieren formar gotitas, porque eso reduce su energía superficial, "dice Michael Dickey, profesor de ingeniería química y biomolecular en NC State y coautor correspondiente del estudio. "Y eso es especialmente cierto para los metales líquidos, porque tienen una tensión superficial mucho más alta que otros líquidos ".

La tensión superficial se mide en unidades de milinewtons por metro. La mayoría de los líquidos como gasolina o agua, tienen valores de tensión superficial entre 20 y 72 milinewtons por metro. Aleaciones de galio, que se utilizaron en el estudio de NC State, tener una tensión superficial de al menos 500 milinewtons por metro.

"Podemos reducir la tensión superficial de 500 a 0,1 aplicando menos de un voltio, "dice Minyung Song, quien recientemente defendió su Ph.D. en NC State y es el primer autor del artículo. "Y eso cambia por completo la forma en que se comporta el metal líquido".

Si comenzó a exprimir una aleación de galio indio con una boquilla, se forma en una gota debido a su alta tensión superficial. Si quisiera crear una corriente de metal líquido, tendría que aplicar un caudal lo suficientemente alto para expulsarlo rápidamente de la boquilla. Pero aún así, el flujo resultante no sería muy estable.

Sin embargo, la aplicación de un voltaje bajo al metal líquido cuando el metal está bajo el agua crea una capa delgada de óxido en la superficie. Esto permite a los investigadores crear corrientes de metal líquido que tienen el diámetro de un cabello humano y un caudal bajo.

"Este óxido actúa como las moléculas de jabón con el agua, bajar la tensión superficial y reducir la tendencia del fluido a formar gotas, "dice Karen Daniels, profesor de física en NC State y coautor correspondiente del estudio, "pero aquí el efecto es completamente reversible al apagar el voltaje. No es fácil sacar el jabón del agua".

Cuando el bajo voltaje se aplica al metal líquido en movimiento, crea efectivamente una capa de óxido que fluye a lo largo de la superficie del metal líquido. En otras palabras, la capa de óxido no es estática:todo fluye de manera constante fuera de la boquilla, como un alambre.

La técnica les da a los investigadores un gran control sobre cómo se comporta el metal líquido, porque, hasta cierto punto, cuanto mayor es el voltaje que aplican al metal líquido, cuanto menor sea la tensión superficial del metal líquido. Sin embargo, a los voltajes más altos, la capa de óxido forma una costra gruesa que interrumpe la forma en que fluye el metal. Esto da como resultado un flujo de fluido que se asemeja a la cera que gotea. El equipo de investigación había demostrado anteriormente que la aplicación de bajo voltaje a una gota de metal líquido en reposo reduce su tensión superficial y hace que forme patrones fractales. Ese estudio también se realizó en metal líquido bajo el agua. Este nuevo estudio es el primero en abordar lo que sucede cuando el metal líquido está en movimiento.

"Apenas estamos comenzando a explorar la gama completa de aplicaciones potenciales para esta técnica, "Dice Dickey." Una idea sería crear eficazmente alambres de metal líquido a temperatura ambiente. Si los envuelve en una funda elástica, tendrías cables estirables. También podría utilizarse como una nueva herramienta para estudiar y controlar el comportamiento de los fluidos. Es emocionante porque más de 100 años de estudios científicos muestran que las corrientes de líquido se descomponen en gotitas. Hemos encontrado una forma sencilla de estabilizar estos flujos ".

El estudio, "Superar las inestabilidades de Rayleigh-Plateau:estabilizar y desestabilizar corrientes de metal líquido mediante oxidación electroquímica, "se publica en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .